17 BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Definisi Likuifaksi Likuifaksi merupakan peristiwa hilangnya kekuatan lapisan tanah akibat tegangan air pori yang timbul diakibatkan oleh beban berulang (siklis) seperti gempa bumi. Ketika terjadi getaran, sifat tanah yang awalnya keras berubah menjadi cairan sehingga tidak mampu menopang beban struktur di atas tanah. Tanah yang berpotensi untuk mengalami likuifaksi adalah tanah yang jenuh air, dimana pada saat terjadi getaran, seluruh rongga yang ada pada tanah dipenuhi oleh air dan mengakibatkan butiran padat pada tanah begeser dengan mudah. Dapat dilihat pada Gambar 2. 1bahwa tanah tidak sepenuhnya terdiri dari butiran padat, namun ada air dan udara di dalamnya. Gambar 2. 1(a) Elemen tanah dalam keadaan asli (b) tiga fase elemen tanah Sumber: Das dkk (2011), halaman 30 Pada kondisi berbentuk cairan, tanah tidak lagi memiliki kestabilan, sehingga struktur yang ada di atas tanah dapat turun ke dalam tanah. Fenomena likuifaksi umumnya terjadi pada lokasi tanah pasir lepas dan muka air tinggi seperti daerah endapan sungai, daerah reklamasi dan daerah pantai. II.2 Metode Perhitungan Likuifaksi H. Bolton Seed dan I. M. Idriss (1967) memperkenalkan sebuah metode yang disebut “simplified procedure” untuk menghitung tahanan tanah terhadap likuifaksi berdasarkan perhitungan dua variabel, yaitu CSR dan CRR. CSR (Cyclic Stress Ratio)merupakan nilai perbandingan antara tegangan geser rata-rata yang diakibatkan oleh gempa dengan tagangan vertikal efektif di setiap lapisan tanah. CRR (Cyclic Resistance Ratio)merupakan nilai ketahanan suatu tanah terhadap tegangan siklis. Kedua nilai tersebut dibandingkan satu sama 18 lain yang akan menghasilkan nilai yang disebut sebagai faktor keamanan. Potensi likuifaksi dapat terjadi apabila faktor keamanan (SF) bernilai kurang dari 1. a. Cyclic Stress Ratio (CSR) Berikut merupakan persamaan yang diusulkan oleh Seed dan Idris: %54= ì Ôé ê ñ RK = 0.65l = àÔë Cpl ê éâ ê éâ ñ pN@ Keterangan: = àÔë = percepatan maksimum di permukaan tanah g = percepatan gravitasi ê éâ = tegangan vertikal total (kN/m 2 ) = tegangan vertikal efektif (kN/m 2 ) N × = koefisien reduksi tegangan b. Percepatan Maksimum di Permukaan Tanah (‡ “‡ž) Perhitungan percepatan maksimum permukaan tanah (= àÔë) dapat mengacu kepada SNI 1726:2019 “ Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk struktur gedung dan non gedung” dengan persamaan sebagai berikut: PGA Æ=F ÉÀº.PGA Keterangan: PGA Æ = percepatan tanah puncak yang disesuaikan dengan pengaruh klasifikasi situs F ÉÀº = koefisien situs PGA = percepatan tanah puncak yang terpetakan. Nilai PGA dapat dilihat dari peta gempa terlampir Nilai dari koefisien situs dan klasifikasi situs dapat dilihat pada Tabel 2.1 dan Tabel 2.2 19 Tabel 2.1 Koefisien situs F ÉÀº Sumber: SNI 1726:2012 halaman 39 Kelas Situs 3*$” 3*$
A2 3*$
A3 3*$
A4 3*$•5 3*$•5 SA 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 SB 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 SC 1,3 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 SD 1,6 1,4 1,3 1,2 1,1 1,1 SE ,4 1,9 1,6 1,4 1,2 1,1 SF SS (a) CATATAN: 1. Untuk mencari nilai antar PGA dapat menggunakan interpolasi 2. SS = situs yang memerlukan investigasi geoteknik spesifik dan analisis respons situs-spesifik Tabel 2.2 Klasifikasi Situs Sumber: SNI 1726:2019 halaman 29 Kelas situs R æ% (m/detik) 0% atau 0 ÖÛ $ $$$$ O è% (kPa) SA (batuan keras) >1500 N/A N/A SB (batuan) 750 sampai 1500 N/A N/A SC (tanah keras, sangat padat dan batuan lunak) 350 sampai 750 >50 t100 SD (tanah sedang) 175 sampai 350 15sampai 50 50 sampai100 SE (tanah lunak) < 175 20, 2. Kadar air, w • 40%, 3. Kuat geser niralir O è% ”25kPa SF (tanah khusus,yang membutuhkan investigasi geoteknik spesifik dan analisis respons spesifik-situs yang mengikuti 6.10.1) Setiap profil lapisan tanah yang memiliki salah satu atau lebih dari karakteristik berikut: - Rawan dan berpotensi gagal atau runtuh akibat beban gempa seperti mudah likuifaksi, lempung sangat sensitif, tanah tersementasi lemah - Lempung sangat organik dan/atau gambut (ketebalan H > 3 m) - Lempung berplastisitas sangat tinggi (ketebalan H > 7,5m dengan Indeks Plasitisitas PI . 75) - Lapisan lempung lunak/setengah teguh dengan ketebalan H > 35 m dengan su 50 kPa CATATAN: N/A tidak dapat dipakai 20 c. Koefisien reduksi tegangan (� �) Faktor reduksi akan berkurang apabila kedalaman lapisan tanah bertambah dan bergantung pada magnitude gempa (Idriss, 1999). Melanjutkan penelitian dari Golesorkhi (1989), nilai dari N × dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut (Idriss, 1999): ��=F  [�(�)+�(�).y] �(�)=FÚ.ÙÚÛ F Ú.ÚÛß ��� @ � ÚÚ.àÜ +Þ.���A �(�)=Ù.ÚÙß+Ù.ÚÚá ��� @ � ÚÚ.Ûá +Þ.���A Dimana z merupakan kedalaman tanah (m) d. Tegangan Vertikal Total (� ��) Tegangan vertikal total dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: � éâ=Í(�.H) Keterangan: � éâ = Tegangan Vertikal Total (kN/m2) � = Berat isi lapisan tanah (kN/m3) H = Tebal lapisan tanah (m) e. Tegangan Vertikal Efektif (� �� �) Tegangan vertikal efektif dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: � éâ �=� éâFμ Keterangan : � éâ � = Tegangan Vertikal Efektif (kN/m2) � éâ = Tegangan Vertikal (kN/m2) μ 7HJDQJDQDLUSRULN1P Z+ Z = Berat isi air (kN/m3) H = Tebal lapisan (m) 21 f. Cyclic Resistance Ratio (CRR) Perhitungan nilai CRR dapat menggunakan berbagai data pengujian lapangan seperti SPT (Standard Penetration Test), CPT (Cone Penetration Test), BPT (Becker Penetration Test), dan 8 æ (shear wave velocity) ( (Youd dkk, 2001). SPT dan CPT merupakan pengujian yang paling umum digunakan di lapangan. Boulanger dan Idriss (2014) membuat rekomendasi persamaan untuk menghitung CRR berdasarkan nilai (0 5) :4 dan pada magnitude 7.5 SR sebagai berikut: CRR ;. 9=ATL ] (0 5) :4Öæ 14.1 +F (0 5) :4Öæ 126G 6 FF (0 5) :4Öæ 23.6G 7 +F (0 5) :4Öæ 25.4G 8 F2.8a (0 5) :4Öæ merupakan nilai (0 5) :4 yang telah terkoreksi dengan Finest Content (FS) dan koreksi lainnya. (0 5) :4Öæ dapat dihitung berdasarkan rumus berikut (0 5) :4 Öæ=(0 5) :4+ ¿(0 5) :4 ¿(0 5) :4=ATL F1.63 + 9.7 (%+ 0.01 Fl 15.7 (%+0.01 p 6 G Untuk Nilai (0 5) :4 dapat dihitung dengan persamaan berikut (Youd dkk, 2001): (0 5) :4 =0 Æ % Ç % ¾ % » % Ë % Ì Keterangan: 0 Æ = N-SPT yang diperoleh dari tes lapangan %0 = Koreksi untuk normalisasi effective overburden pressure
1¶vo %' = Koreksi untuk efficiency energy %$ = Koreksi untuk diameter borehole %4 = Koreksi dari panjang tali (rod length) %5 = Koreksi untuk sampel 22 Gambar 2.2 Koreksi SPT(Modifikasi dari Skempton 1986 ditulis kembali oleh Robertson dan Wride 1998) Sumber: Youd dkk (2001) halaman 820 Idriss dan Boulanger (2003, 2008) merekomendasikan nilai dari C Ndapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: o z=F | ‡ Ì œ , G “ QÚ.à “=Ù.àáÝ F Ù.Ùàßá¥(0 5) :4Öæ Untuk menentukan durasi dari efek gempa digunakan Magnitude Scaling Factor (MSF) pada likuifaksi yang terjadi dengan persamaan sebagai berikut: yr=Ú+(yr “‡žFÚ)(á.ßÝ ‹ž–l Fy Ý pFÚ.ÜÛÞ) yr “‡ž=Ú.Ùâ+ F (z Ú) ßÙ‰™ ÜÚ.Þ G Û QÛ.Û Untuk tanah dengan kedalaman lebih dari 15 m, diperlukan overburden correction factor (w )dengan rumus sebagai berikut: w Ì=ÚFo Ì’” @ Ìœ• ò |‡ A Q 1.11 o Ì= Ú Úá.â?Û.ÞÞ¥(z Ú ) ßÙ‰™ QQr
äu Keterangan: ê éâ ñ= Tegangan Vertikal Efektif (kN/m2) 2 Ô= tekanan atmosfer (1 atm) 23 II.3 Perhitungan Tiang Pancang II.3.1 Tiang dengan beban Lateral Parameter utama dari tanah pada tiang yang mengalami beban lateral adalah modulus reaksi, didefinisikan sebagai tahanan tanah pada titik tertentu di sepanjang tiang (F/L) dibagi dengan defleksi yang terjadi pada tiang di titik tersebut (L). Reaksi modulus merupakan fungsi dari kedalaman di bawah permukaan tanah (z) dan defleksi pada tiang (y). Gambar 2.3 menggambarkan tiang silindris yang diberikan beban lateral dengan kedalaman sebesar z 1. Distribusi beban secara merata yang ditunjukan pada Gambar 2.3.b terjadi jika tiang tidak mengalami pembengkokan. Apabila tiang mengalami defleksi sejauh y1 seperti pada Gambar 2.3.c maka tegangan akan berkurang pada sisi belakang dan meningkat pada sisi depan tiang (Reese,2011). Gambar 2.3 Distribusi tegangan pada tiang sebelum dan sesudah mengalami defleksi lateral (Sumber:Reese, 2011) Tipikal kurva p-y ditunjukan pada Gambar 2.4.a yang menunjukan tahanan tanah (p) dan fungsi dari kedalaman (z). Kurva pada Gambar 2.4.b menunjukan nilai dari ' ãìyang konstan pada kedalaman tertentu untuk defleksi yang kecil, namun berkurang dengan meningkatnya defleksi. ' ãìmerupakan parameter modulus reaksi pada tiang yang dikenai beban lateral. 24 Gambar 2.4 Kurva p-y tipikal dan modulus tanah yang dihasilkan (Sumber:Reese, 2011) II.3.2 Persamaan Pengatur Persamaan yang dipakai dalam metode ini adalah persamaan yang diberikan oleh Hetenyi (1946). Reese (2011) membahas lebih lanjut persamaan ini dimana asumsi yang diberikan adalah balok diletakkan di atas pondasi elastis yang diberikan beban horizontal dan sepasang beban tekan (Px) di titik tengah gravitasi pada ujung potongan melintang balok (Gambar 2.6). Apabila diambil elemen sepanjang dx (Gambar 2.6), persamaan momen equilibrium menjadi berikut: (/+@/)F/+2 ë@U F 8 é@T=0 @/ @T +2 ë @T @U F8 é=0 Gambar 2.5 Elemen dari kolom balok (diadopsi dari Hetenyi 1946) (Sumber:Reese dkk, 2011) Bentuk persamaan pengatur diferensialnya sebagai berikut: 25 ' ã+ ã × 0 ì ×ë 0 +2 ë × . ì ×ë . +' ãìUF9=0 Keterangan 2 ë = beban aksial pada tiang U = defleksi lateral pada tiang pada titik x sepanjang tiang pancang L = reaksi tanah sepanjang tiang ' ã+ ã = beban yang terdistribusi sepanjang tiang Formula balok lainnya yang diperlukan untuk menganalisa tiang yang diberikan beban lateral: ' ã+ ã × / ì ×ë / +2 ë ×ì ×ë = V ' ã+ ã × . ì ×ë . = M ×ì ×ë = S Dimana V = gaya geser M = momen bengkok (bending moment) S = kemiringan kurva pada sumbu tiang Apabila tiang diberikan beban tanah yang bergerak secara lateral, reaksi tanah ditentukan oleh pergerakan tiang dengan tanah, menyebabkan perubahan persamaan menjadi: ' ãì (UFU çÔáÔÛ) Sehingga persamaan differential menjadi berikut: ' ã+ ã × 0 ì ×ë 0 +2 ë × . ì ×ë .